碳纖維織物增強聚合物復合材料具有優(yōu)異的比模量與比強度，在深海應用中展現出巨大潛力。其內部大尺度的連續(xù)纖維—樹脂界面，在高壓下易成為海水滲透與擴散的快速通道，制約了其在深海環(huán)境中的進一步應用。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所圍繞深海環(huán)境下聚合物復合材料的損傷機制、組分設計及摩擦學行為開展了系統(tǒng)性研究。近期研究揭示，深海環(huán)境對聚合物復合材料的主要損傷形式表現為樹脂基體微缺陷的生成與界面層厚度的顯著增加。針對深海特異性損傷機理，團隊創(chuàng)新性地提出了一種強韌化界面增強策略，采用真空輔助壓力滲透技術，在碳纖維織物表面成功構筑了一種“剛—柔”并濟的雜化強韌界面結構。該結構以聚醚酰亞胺為柔性相，發(fā)揮柔性粘接與應力緩沖作用；以納米金剛石和二維MXene為剛性相提供物理阻隔與機械互鎖點，協(xié)同抑制海水滲透擴散、促進應力高效傳遞。

　　模擬深海高壓環(huán)境的原位摩擦磨損測試結果表明，這種有機/無機協(xié)同的界面設計，能顯著提升復合材料在極端環(huán)境下的耐磨損性能。在模擬1000米深海壓力下，制備復合材料的摩擦系數與磨損率均為目前文獻報道的同類材料最低值，為解決深海運動部件材料損傷防護與應用提供了新思路。

　　相關研究成果發(fā)表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing和Polymer Degradation and Stability上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

碳纖維織物表面強韌界面結構設計示意圖